波导天线的全模型示意图方波导天线模型建立

2023-10-31 理论教育版权反馈

【摘要】：波导是微波传输领域最重要的传输媒介之一，开口的波导可以称为波导天线。最常见的波导天线是矩形喇叭或圆形喇叭等，广泛用作馈源及标准测试天线。图5-25 波导圆极化天线的全模型示意图（方波导）计算方法描述：采用矩量法——MoM。图5-27 变量定义模型建立：方波导天线模型建立。图5-28 定义方波导天线在3D视图中，选中新建模型square_wg的顶部面元，单击鼠标右键，选择“Delete”选项，删除该面元，如图5-29所示。

波导是微波传输领域最重要的传输媒介之一，开口的波导可以称为波导天线。最常见的波导天线是矩形喇叭或圆形喇叭等，广泛用作馈源及标准测试天线。本案例将介绍FEKO仿真中Waveguide Port的设置和应用。

波导圆极化天线的全模型示意图如图5-25所示。下面介绍在FEKO软件中的仿真实现。

图5-25 波导圆极化天线的全模型示意图（方波导）

计算方法描述：采用矩量法——MoM。

计算参数：计算该类天线的左旋、右旋辐射方向图。

启动CADFEKO，新建一个工程“square_waveguide_LHC.cfx”。

定义长度单位：默认为m。

单击“Home”菜单中的“Model unit”按钮，在“Model unit”对话框中，选中“Millimetres(mm)”单选按钮，如图5-26所示。

图5-26 设置长度单位为mm

定义变量：在CADFEKO中左侧的树形浏览器中双击“Variables”结点，依次定义如下变量：

1）工作频率：freq=2.8e9。

2）长度缩放系数：sf=0.001。

3）工作波长：lam=c0/freq/sf。

4）波导宽度：wg_a=70。

5）波导长度：wg_h=100，如图5-27所示。

图5-27 变量定义

模型建立：方波导天线模型建立。单击“Construct”菜单中的“Cuboid”，弹出“Create cuboid”对话框，如图5-28所示。在“Geometry”选项卡中进行如下设置。

Base corner:(U:-wg_a/2;V:-wg_a/2;N:0.0)。

Width(W)：wg_a。

Depth(D)：wg_a。

Height(H)：wg_h。

Label：square_wg。

最后单击“Create”按钮。

图5-28 定义方波导天线

在3D视图中，选中新建模型square_wg的顶部面元（即z=wg_h的面），单击鼠标右键，选择“Delete”选项，删除该面元，如图5-29所示。

图5-29 删除顶部面元

在3D视图区域，进入面选模式，选中新建喇叭天线“square_wg”的最底部面元（即z=0的面元），单击鼠标右键，选择“Properties”选项，弹出“Face properties”对话框，如图5-30所示。

选择“Meshing”选项卡，勾选“Local mesh size”复选框，设置“Mesh size”为“lam/15”，单击“OK”按钮。

图5-30 波导端口局部网格剖分定义

设定波导端口：在3D视图区域，把模型移动并缩放到适合的角度，单击鼠标左键自动切换到面选模式，选中新建的方波导天线底部面元（即z=0的面元），单击鼠标右键，选择“Create port”→“Waveguide port”选项，如图5-31所示，此时弹出“Create waveguide port（geometry）”对话框，如图5-32所示。

图5-31 定义波导端口1

勾选“Propagation direction opposite to normal”复选框，目的是使该面添加的波导信号向里传播，即红色箭头朝里。在“Label”文本框中输入“Port1”，单击“Create”按钮。

图5-32 定义波导端口2

电参数设置：在左侧的树形浏览器中，由“Construct”切换到“Configuration”，进行如下设置。

工作频率设置，展开“Global”结点，双击“Frequency”，弹出“Solution frequency”对话框，选择“Single frequency”，设置“Frequency(Hz)”为“freq”，单击“OK”按钮。

激励设置：在“Global”结点中，选中“Sources”，单击鼠标右键，选择“Waveguide source”选项，弹出“Add waveguide source”对话框，如图5-33所示。选中“Specify modes manually”单选按钮。单击中部的“Add”按钮。

图5-33 定义端口激励

按照表5-1中的值进行设置。

表5-1 参数设置

在“Label”文本框中输入“WaveguideSource1”，单击“Create”按钮。

求解设置：在“Configuration specific”结点中，选中“Requests”，单击鼠标右键，选择“Far fields”选项，弹出“Request far fields”对话框，如图5-34所示。单击“3D pattern”按钮，修改theta的“Increment”为2，Phi的“Increment”为5.0，在“Label”文本框中输入“ff3D”。单击“Add”按钮。

图5-34 远场方向图求解设（3D pattern）

单击“Vertical cut(UN plane)”按钮，设置theta的“Increment”为2，Phi的“Increment”为0，在“Label”文本框中输入“ffXOZ”，单击“Create”按钮，如图5-35所示。

(www.chuimin.cn)

图5-35 远场方向图求解设置（Vertical cut(UN plane)）

单击“Vertical cut(VN plane)”按钮，设置theta的“Increment”为“2”，Phi的“Increment”为“0.0”，在“Label”文本框中输入“ffYOZ”，单击“Create”按钮，如图5-36所示。

图5-36 远场方向图求解设置（Vertical cut(VN plane)）

网格划分：单击“Mesh”菜单中的“Create mesh”按钮，弹出“Create mesh”对话框，如图5-37所示，设置网格剖分方法“Mesh size”为“Custom”，三角形单元尺寸“Triangles edge length”为“lam/8”，单击“Mesh”按钮生成网格。

图5-37 定义网格划分

提交计算：计算方法采用默认的矩量法“MoM”。

进入菜单“Solve/Run”，单击“FEKO Solver”，提交计算。可以选择并行模式。

后处理显示结果：计算完成后，单击“Solve/Run”菜单中的“POSTFEKO”按钮或按〈Alt+3〉快捷键，启动后处理模块POSTFEKO显示结果。

显示3D结果：在“Home”菜单中，单击“Far field”→“ff3D”，在右侧的控制面板中勾选“dB”复选框，选中“RHC”单选按钮。

进入“Mesh”菜单，单击“Mesh Opacity”下拉菜单，选择“40%”。这时，得到的3D显示效果如图5-38所示。

图5-38 3D辐射方向图显示（右旋圆极化）

然后在右侧控制面板中勾选“dB”复选框，选中“LHC”单选按钮。这时，得到的3D显示效果如图5-39所示。

图5-39 3D辐射方向图显示（左旋圆极化）

显示2D结果：切换到“Home”菜单，单击“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesian graph1”，单击“Far field”→“ffXOZ”，会在直角坐标系中直接显示Phi=0°极化平面上的2D增益方向图，在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ffXOZ，选中Trace：ffXOZ，在控制面板中进行设置，选中“LHC”单选按钮，勾选“dB”复选框，如图5-40所示。

图5-40 XOZ平面辐射方向图（左旋圆极化）

在右侧控制面板的Traces区域，选中ffXOZ，按〈Ctrl+K〉快捷键复制成ffXOZ_1，选中ffXOZ_1，在右侧控制面板中，修改设置，选中“RHC”单选按钮，勾选“dB”复选框，如图5-41所示。

图5-41 添加XOZ平面辐射方向图（右旋圆极化）

在“Home”菜单中，单击“Cartesian”，进入直角坐标系“Cartesian graph2”，单击“Far field”→“ffYOZ”，会在直角坐标系中直接显示Phi=90°极化平面上的2D增益方向图，在右侧控制面板的Traces区域，自动生成ffYOZ，选中Trace：ffYOZ，在控制面板中进行设置，选中“LHC”单选按钮，勾选“dB”复选框，如图5-42所示。